劉 蓉 ,唐 方 ,凌?;?,梁 棻
(1.天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院中醫(yī)科,天津 300052;2.天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 301617)
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程,抑制或激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡和自噬可能成為預(yù)防和治療內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)疾病的潛在新靶點(diǎn)。本文簡(jiǎn)要介紹了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,并綜述了近5年中醫(yī)藥通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和/或自噬治療疾病的研究進(jìn)展,為相關(guān)疾病的治療提供新的思路和理論依據(jù)。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要負(fù)責(zé)細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成和折疊,但是它還具有重要的細(xì)胞應(yīng)激感知作用。由于鈣穩(wěn)態(tài)失衡、缺氧等原因使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)環(huán)境改變導(dǎo)致未折疊蛋白堆積,從而誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)調(diào)節(jié)一組特定的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路,以應(yīng)對(duì)未折疊和錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的堆積,這些通路統(tǒng)稱為未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)。UPR能激活3條不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑:肌醇需求酶-1(IRE1)通路,胰腺內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)通路,和活化轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)通路[1]。IRE1是最高度保守的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激傳感器,UPR誘導(dǎo)的IRE1磷酸化促進(jìn)從下游X-盒結(jié)合蛋白1(XBP1)mRNA中去除26個(gè)核苷酸的內(nèi)含子,生成其活化形式剪切XBP1(XBP1s)。PERK自身磷酸化激活,磷酸化真核翻譯起始因子 2α(eIF2α),磷酸化的eIF2α 抑制mRNA翻譯,減少蛋白質(zhì)的合成。ATF6是最初被合成的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白,在未折疊蛋白質(zhì)積累時(shí),它就被包裹入運(yùn)輸囊泡,運(yùn)送到高爾基體,被兩個(gè)蛋白酶S1P和S2P水解,自由的N-末端胞質(zhì)片段ATF6(N)進(jìn)入細(xì)胞核以激活UPR目標(biāo)基因。最初的UPR促進(jìn)了一種自適應(yīng)機(jī)制來恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài),維持細(xì)胞活力,但當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激變得不可克服時(shí),UPR也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[2]。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡受多種機(jī)制的調(diào)節(jié),主要信號(hào)通路包括促凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤因子2(Bcl-2)蛋白相關(guān)X蛋白(Bax)和Bcl-2蛋白拮抗劑(Bak)活化,通過IRE1作用調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)[3],激活的IRE1α募集腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子 2(TRAF2)和凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶 1(ASK1),然后激活c-Jun N末端激酶(JNK)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。PERK介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子C/EBP同源蛋白(CHOP),通過介導(dǎo)促凋亡基因與Bcl-2相互作用的細(xì)胞死亡調(diào)解子(Bim)和抑制抗凋亡基因Bcl-2轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)凋亡[4-5]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12(Caspase-12)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激特異的凋亡因子,僅與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的Caspase-12活化可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。雖然內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能導(dǎo)致一系列的代償性反應(yīng),幫助恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞存活和適應(yīng),但是長(zhǎng)期內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)造成有害的病理結(jié)果,包括胰島素抵抗、異位脂肪沉積、炎癥、細(xì)胞凋亡和自噬失調(diào)[6]。UPR對(duì)許多人類疾病的潛在影響使得UPR信號(hào)成為治療干預(yù)的一個(gè)有希望的靶點(diǎn)[2]。
自噬是依賴溶酶體途徑對(duì)胞質(zhì)蛋白和細(xì)胞器進(jìn)行降解的一種過程。自噬使細(xì)胞回收利用營(yíng)養(yǎng)成分,處理掉多余的和有害的蛋白質(zhì)、細(xì)胞器和病原體。UPR的3條信號(hào)通路PERK、IRE1、ATF6均可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下誘導(dǎo)自噬。自噬對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)非常重要,細(xì)胞自噬障礙在病理中有非常重要的作用[7-8]。Ning等[9]發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)自噬參與帕金森病的病理過程。隨著分子伴侶介導(dǎo)的自噬被證明參與越來越多的細(xì)胞過程,人們逐漸認(rèn)識(shí)到其功能障礙會(huì)導(dǎo)致各種疾病[10]。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其介導(dǎo)的凋亡和自噬參與了多種疾病的病理過程,成為相關(guān)疾病的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)近5年中醫(yī)藥基于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑防治疾病的文獻(xiàn)進(jìn)行整理和匯總。見表1。
表1 近5年中醫(yī)藥經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激防治疾病的研究Tab.1 Study on traditional Chinese medicine for the prevention and treatment of diseases through endoplasmic reticulum stressin recent five years
2.1 抗腫瘤
2.1.1 肺癌 半枝蓮是一種常用的抗炎抗癌中藥,對(duì)于肺癌的抗腫瘤機(jī)制是p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)/沉默信息調(diào)節(jié)因子相關(guān)酶 1(SIRT1)通過 DNA 合成后期(G2)/有絲分裂期(M)阻滯和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、內(nèi)源性線粒體和外源性FAS/FASL介導(dǎo)的途徑調(diào)控細(xì)胞凋亡[11]。從甘草中提取的黃酮類化合物甘草查爾酮A具有廣泛的藥理活性,通過阻斷G2/M轉(zhuǎn)換時(shí)的細(xì)胞周期進(jìn)程和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來抑制肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng),并可增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白如p-eIF2和ATF4的表達(dá)[12]。
2.1.2 乳腺癌 蒲公英提取物可顯著降低人乳腺癌細(xì)胞(MDA-MB-231)活力,觸發(fā)G2/M期阻滯和細(xì)胞凋亡,并可介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)信號(hào)ATF4、ATF6、XBP1s、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)、CHOP基因mRNA表達(dá)增加,磷酸化 PERK(p-PERK)、eIF2α、IRE1、CHOP、GRP78蛋白水平升高。提示蒲公英提取物抗癌作用與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的細(xì)胞凋亡有關(guān),其機(jī)制至少部分歸因于 PERK/磷酸化 eIF2α(p-eIF2α)/ATF4/CHOP軸的強(qiáng)烈激活[13]??鄥A可上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志物GRP78、eIF2α、CHOP的表達(dá),增加細(xì)胞凋亡水平,繼而阻斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路,苦參堿誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡減少,但與對(duì)照組仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異??鄥A不僅促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生,而且抑制己糖激酶Ⅱ的表達(dá),下調(diào)能量代謝。提示苦參堿誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和能量代謝下調(diào)可能是其對(duì)人乳腺癌細(xì)胞毒性作用的機(jī)制[14]。
2.1.3 宮頸癌 觀察芝麻素對(duì)宮頸癌(HeLa)細(xì)胞系的作用機(jī)制發(fā)現(xiàn),芝麻素可抑制HeLa細(xì)胞的增殖和遷移,并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬,上調(diào)Bax、Caspase-12、GRP78、生長(zhǎng)抑制和DNA損傷誘導(dǎo)基因153(GADD153)、磷酸化 IRE1α(p-IRE1α)、磷酸化 JNK(p-JNK)、微管相關(guān)蛋白輕鏈3I/II(LC3I/II)、Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域蛋白(Beclin-1)表達(dá),下調(diào)Bcl-2表達(dá),提示芝麻素通過IRE1α/JNK途徑誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,并激活HeLa細(xì)胞自噬和自噬性死亡,發(fā)揮抗癌作用[15]。
2.1.4 前列腺癌 雷公藤提取物雷公藤甲素具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性。近年來發(fā)現(xiàn)雷公藤甲素可誘導(dǎo)癌細(xì)胞自噬。研究發(fā)現(xiàn),雷公藤甲素通過刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)游離鈣的積累,進(jìn)而激活了鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶激酶β(CaMKKβ)-腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路,而CaMKKβ-AMPK信號(hào)通路反過來又抑制雷帕霉素靶蛋白(mTOR),激活Unc-51自噬激活激酶1(ULK1)和Beclin-1,最終導(dǎo)致自噬。提示雷公藤甲素通過CaMKKβ-AMPK通路誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞保護(hù)性自噬發(fā)揮抗癌作用[16]。
2.1.5 胰腺癌 牡丹皮具有抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的作用,體外以胰腺癌細(xì)胞為模型系統(tǒng),體內(nèi)以小鼠異種移植瘤為模型,探討牡丹皮對(duì)胰腺癌的抗癌作用機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)牡丹皮水提物可促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,影響線粒體膜電位,增加自噬體數(shù)量,抑制自噬體降解,繼而誘導(dǎo)自噬,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[17]。
2.1.6 肝細(xì)胞癌 黃芩素具有顯著的抗肝細(xì)胞癌活性,通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和保護(hù)性自噬發(fā)揮抗癌作用。黃芩素經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,可能是通過下調(diào)促存活Bcl-2家族,增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子和激活JNK來完成的。黃芩素誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的過程中,CHOP是細(xì)胞死亡的執(zhí)行者,而eIF2α和IRE1α發(fā)揮保護(hù)作用[18]。拳參水提物治療肝細(xì)胞癌的作用機(jī)制可能是通過增加自噬體而阻斷降解,進(jìn)而促進(jìn)泛素化蛋白的積累和細(xì)胞凋亡,從而刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[19]。
2.1.7 其他 去氧地膽草素來源于傳統(tǒng)中草藥地膽草,它對(duì)多種癌癥都顯示出了良好的抗癌效果。研究發(fā)現(xiàn)去氧地膽草素在腫瘤細(xì)胞中具有明顯的細(xì)胞毒性和誘導(dǎo)凋亡作用,可促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞(HCT116)和慢性髓系白血病細(xì)胞(K562)細(xì)胞自噬,在G2/M期抑制細(xì)胞周期進(jìn)展,引起Caspase-8、-9、-3和-7的活化,活性氧(ROS)的產(chǎn)生,以及多聚ADP核糖聚合酶(PARP)的裂解,而細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)與線粒體通透性和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)[20]。多傘阿魏中倍半萜烯香豆素(DAW22)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體/死亡受體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,為膠質(zhì)瘤治療提供了新的線索[21]。
2.2 保護(hù)神經(jīng) 建立大鼠短暫性大腦中動(dòng)脈阻塞/再灌注損傷模型,銀杏內(nèi)酯注射液具有改善模型大鼠神經(jīng)運(yùn)動(dòng)功能、減輕腦水腫、減小腦梗死體積的作用。缺血再灌注24、72 h后,銀杏內(nèi)酯注射液可抑制CHOP蛋白水平升高;缺血再灌注24 h,可抑制Caspase-12成熟體蛋白水平升高。模型大鼠缺血再灌注 24、72 h,P62蛋白表達(dá)下降,而 LC3Ⅱ/Ⅰ的比值上升,提示缺血再灌后腦內(nèi)自噬水平升高;發(fā)現(xiàn)銀杏內(nèi)酯注射液能抑制P62的下降和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值的上升,從而抑制自噬水平的升高,表明銀杏內(nèi)酯注射液治療缺血性腦卒中急性期神經(jīng)損傷的作用機(jī)制與抑制缺血再灌注后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和過度自噬相關(guān)[22]。抵擋湯已被廣泛應(yīng)用于腦出血患者的治療,研究發(fā)現(xiàn)其分子作用機(jī)制為通過阻斷GPR78-IRE1/PERK通路發(fā)揮對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激損傷和凋亡的神經(jīng)保護(hù)作用[23]。西洋參皂苷是西洋參的主要活性成分,在多種疾病中具有抗炎、抗凋亡的作用,可改善脊髓損傷,促進(jìn)脊髓功能恢復(fù)。西洋參皂苷治療可抑制急性脊髓損傷后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及相關(guān)細(xì)胞凋亡,抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞神經(jīng)突損傷。提示西洋參皂苷是一種新型的治療急性中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的藥物[24]。滋補(bǔ)脾陰方藥(紅參30 g,山藥15 g,茯苓15 g等)可升高脾陰虛糖尿病大鼠大腦皮質(zhì)LC3Ⅱ表達(dá),降低大腦皮質(zhì)p-IRE1α、p-JNK1以及p-JNK2蛋白表達(dá)水平,提示滋補(bǔ)脾陰方藥可通過調(diào)節(jié)自噬減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,改善糖尿病認(rèn)知功能障礙[25]。
2.3 保護(hù)心肌 觀察缺血再灌注損傷高脂血癥合并2型糖尿病大鼠透射電鏡下心肌組織超微結(jié)構(gòu),心肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白GRP78及自噬相關(guān)蛋白Beclin-1表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)穴位埋線可能通過促進(jìn)GRP78、Beclin-1水平提高,維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)正常功能,進(jìn)而調(diào)節(jié)自噬活性達(dá)到對(duì)心肌保護(hù)作用[26]。用晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)處理心肌H9c2細(xì)胞,松香酸可抑制AGEs誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,CHOP和 cleaved Caspase-12蛋白水平升高,GADD34及免疫球蛋白結(jié)合蛋白(BiP)表達(dá)降低,并且抑制LC3Ⅱ/Ⅰ比值及Beclin-1表達(dá)的降低及P62表達(dá)的升高。自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤可逆轉(zhuǎn)松香酸對(duì)心肌細(xì)胞LC3、肌紅蛋白(Mb)、cleaved Caspase-12和BiP蛋白水平的影響,提示松香酸影響心肌損傷的作用機(jī)制為誘導(dǎo)自噬從而減輕AGEs誘導(dǎo)的心肌H9c2細(xì)胞凋亡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)[27]。
2.4 保護(hù)肝細(xì)胞 棕櫚酸可導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷,LC3Ⅱ/Ⅰ比值和p62蛋白表達(dá)增加,細(xì)胞凋亡增加,CHOP、GRP78、XBP-1mRNA 表達(dá)增加,線粒體膜電位降低,ROS生成增加。大麻二酚可恢復(fù)損傷的肝細(xì)胞內(nèi)的自噬流,減少細(xì)胞凋亡,減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體功能異常,而自噬抑制劑氯喹可逆轉(zhuǎn)大麻二酚的保護(hù)作用。結(jié)果提示大麻二酚通過促進(jìn)自噬流減輕棕櫚酸誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡,改善受損肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體功能[28]。
2.5 抗結(jié)核 大蒜烯具有廣譜抗菌活性。研究發(fā)現(xiàn)大蒜烯可明顯減少小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞(RAW 264.7)中結(jié)核分枝桿菌H37Rv總量。大蒜烯刺激可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激傳感器分子和ROS產(chǎn)生,而ROS生成依賴于JNK的激活,并且可以提高自噬相關(guān)因子LC3II、P62和Beclin-1的水平。結(jié)果提示大蒜烯抑菌作用可能通過活化JNK,誘導(dǎo)ROS合成和積累,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和自噬的活化,可能為結(jié)核病提供新的治療方法[29]。
2.6 改善胰島素抵抗 姜黃素可減輕棕櫚酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗,抑制泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS),激活自噬,并且抑制棕櫚酸誘導(dǎo)的蛋白聚集和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。姜黃素活化的自噬可維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白平衡,減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,進(jìn)而抑制JNK/胰島素受體底物-1(IRS-1)通路,改善胰島素抵抗[30]。
2.7 保護(hù)成骨細(xì)胞 巖白菜素預(yù)處理小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞(MC3T3-E1)可防止甲基乙二醛誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,巖白菜素治療可顯著降低甲基乙二醛誘導(dǎo)的ATF6和自噬。這些結(jié)果表明,巖白菜素可能對(duì)成骨細(xì)胞的重要功能有積極作用[31]。
綜上所述,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路參與了腫瘤、神經(jīng)損傷等多種疾病的發(fā)生發(fā)展。隨著分子機(jī)制的深入研究,揭示了腫瘤等重大疾病相關(guān)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡、自噬信號(hào)通路和信號(hào)分子,為這些疾病的治療提供了理論依據(jù)和新的靶點(diǎn)。一些中藥單體、復(fù)方以及中醫(yī)療法可通過干預(yù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑,調(diào)控腫瘤細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、成骨細(xì)胞等靶細(xì)胞的凋亡和/或自噬,發(fā)揮抗腫瘤、保護(hù)細(xì)胞、緩解胰島素抵抗和抗結(jié)核作用。由于各種疾病的分子病理機(jī)制復(fù)雜,中醫(yī)藥對(duì)相應(yīng)細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)也存在差異,對(duì)腫瘤細(xì)胞主要是通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)分子誘導(dǎo)自噬促進(jìn)凋亡,對(duì)其他細(xì)胞則多為抑制凋亡。這些研究成果為中醫(yī)藥靶向治療疾病提供了依據(jù),有利于中醫(yī)藥的有效開發(fā)和利用。
UPR可以引發(fā)炎癥,這些反應(yīng)在特定細(xì)胞和組織中的耦合現(xiàn)在被認(rèn)為是炎癥性疾病發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)[32]。研究證實(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在腸道炎癥疾病的病理發(fā)展中起到重要作用,然而中醫(yī)藥調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)通路防治腸道炎癥疾病的研究鮮見報(bào)道,相關(guān)研究還有待于進(jìn)一步開展。